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麻省理工Fab Lab创客实验室导入中小学的实践经验

SZOIL在国内创客教育的发展历程中,一直肩负着探索符合我国国情的创客教育模式的重任,充分发挥先锋模范带头作用,为办好让人民满意的创客教育,贡献SZOIL 的实践解决方案。让我们携手努力为每个孩子都能享有公平而有质量的教育而奋斗,早日实现教育信息化和现代化。

教育部印发《教育信息化“十三五”规划》明确指出有条件的地区要积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习(STEAM 教育)、创客教育等新的教育模式中的应用,着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力,养成数字化学习习惯,促进学生的全面发展,发挥信息化面向未来培养高素质人才的支撑引领作用。

一、SZOIL 介绍

深圳开放创新实验室(简称SZOIL)是由创客大爆炸和深圳市工业设计行业协会联合筹建的一个国际创客交流合作的众创空间和平台项目,也是深圳首家与美国麻省理工学院(MIT)的比特与原子中心(CBA)正式合作授权认证的Fab Lab 国际微观装配实验室,MIT Fab Lab2.0合作研发伙伴,同时也是深圳首个且唯一一家提供Fab Academy 项目课程的教学点。2015 年深圳国际创客周期间Fab Lab 创始人MIT 比特原子中心(CBA)主任Neil Gershenfeld 教授与深圳开放创新实验室创始人李大维签订授权协议。

1、国际微观装配实验室(Fab Lab)

Fab Lab 即微观装配实验室(Fabrication Laboratory),是美国麻省理工学院(MIT)比特与原子研究中心(CENTER FOR BITS AND ATOMS —— CBA)发起的一项新颖的实验:一个拥有几乎可以制造任何产品和工具的小型工厂。Fab Lab是一个快速建立原型的平台,用户通过Fab Lab 提供的硬件设施以及材料,开放源代码软件和由MIT的研究人员开发的程序等电子工具来实现他们想象中产品的创意、设计和制造。麻省理工学院比特原子研究中心发起的Fab Lab 希望通过用户的参与来缩短从技术研发到应用需求的链条。截止目前,全球Fab Lab 网络已拥有约1500家。发明创造将不只发生在拥有昂贵实验设备的大学或研究机构,也将不仅仅属于少数专业科研人员,而是有机会在任何地方由任何人完成,这就是Fab Lab的核心理念。

2、Fab Academy 课程

Fab Academy 是一个由麻省理工学院比特与原子中心的NeilGershenfeld主导的数字化制造项目,基于麻省理工的快速原型课程——MAS 863:如何制造(几乎)任何东西。它提供长达5个月的数字制造项目,可以在任意一个参与的实验室里开展。Fab Academy 是MIT Fab Lab开办的一个“虚拟学院”,目标是传播推广数字化、个性化制造理念和技能。与MIT另一个王牌Media lab 不同,Fab Lab的野心在于:1. 给数字化制造浪潮推波助澜;2.教人怎么制造出几乎任何东西。

3、创立一种独特的分布式教育模式。

深圳作为首个教学点,于2016年1月底开始为期5个月的全球同步密集课程。深圳开放创新实验室首批共有7名学生参加,成为全国学生数量最多的教学点。Fab Academy 提供了为期5 个月的系列课程,由于课程皆以Fab Lab 的标准设备与机器设计,学员必须要到Fab Lab参加课程,在确保安全和规格的环境下进行一切作业,且需要Fab Lab中曾经修业完成的成员担任指导教师,负责每次上课的前置工作和材料准备。

每一周都会有一堂3 小时的技术课程,由Fab Academy教师群透过视讯授课、指导课业和研究。课程内容包括3D 打印和扫描、接口和应用程序编程,以及机器设计等19 种专业技术,学员必须要在期末前完成所有的每周作业,并上传至自己架构的个人网站。其中,机器设计这项课程尤其重要,因为Fab Lab 2.0的时代即将来临,Fab Lab中的所有机器将以自行制作取代购买,将以往独立作业的各个机器转换成模块化工具,变成多合一的多功能型机具,提升其永续性和重复利用性,减少资源的耗损。

二、开放创客实验室(OI Lab)体系

OI Lab致力于基础教育与创客教育融合发展,集合中国第一届Fab Academy毕业学员,群策群力开发迎合国内中小学培养创新实践能力的青少年创客教育课程体系,即OI Lab 课程体系,让学生们把想法变成现实,体验从创作到创新再到实践的过程,并发挥创客的思维制作出原型作品。OI Lab体系包含5个部分:1.创客实验室;2.OI Lab课程;3.全球开源创客项目;4.特色实践探索领域;5.设计思维。

(一)创客实验室: 提供了灵小可复制的Fab Lab 建设范本

Fab Lab是一个几乎可以制造任何产品和工具的小型工厂,用户通过Fab Lab 提供的硬件设施以及材料,开放源代码软件和由MIT的研究人员开发的程序等电子工具来实现他们想象中产品的创意、设计和制造。麻省理工学院比特原子研究中心(CENTER FOR BITS AND ATOMS——CBA)发起的Fab Lab希望通过用户的参与来缩短从技术研发到应用需求的链条。第一个Fab Lab 于2001 年在波士顿建立,第一间Fab Lab 由美国国家科技基金会拨款建造,旨在提供完成低成本制造实验的所需环境。

(二)OI Academy 课程

OI Academy基于来自麻省理工HTMAA课程的FabAcademy,注重培养学生的综合运用知识以及动手能力,参照STEAM 教育体系进行开发。从OI Lab 课程体系框架图和部分创客课程表中可以看出,OI Lab研发的一系列课程已经形成完整的创客课程群,能很好地培养学生综合运用学科知识,理解并改造物理世界的能力,具备对技术工程设计与开发过程的理解能力,透过实际动手创作打造学生创新的基础能力。

OI Lab 课程体系分为三个等级,即初级、中级和高级。只要完成课程,就可以获得实验室颁发相应的徽章。1. 初级课程:面向零基础者,适合中小学生,每门课2-4个课时,每门课完成后可以获得SZOIL颁发的相应徽章,完成所有课程后可以获得实验室颁发的证书。2.中级课程:面向有一定基础的学生,适合中学生和大学生,每门课4-8 个课时,每门课完成后可以获得SZOIL颁发的相应徽章,完成所有课程后可以获得实验室颁发的证书。3. 高级课程:面向相关专业的大学生和创客教育者,Fab Academy 全球同步上课,每周至少需要30个小时的参与,通过全球导师的考核后可以获得Fab Lab基金会颁发的证书。

(三)全球开源创客项目

创客运动的核心精神在开源和分享,OI Lab 对接Fab Lab 网络和全球网络开源平台如POC21、OSCEDays、Instructables 等,对接这些开源平台上的开源项目,如30 美金的风力涡轮机、AKER 智能蜂巢、KITCHEN B等。OI Lab的用户,如学校、学生等组织或个人,通过连接OI LAB深入研究这些开源项目,透过课程学习需要实践项目的技术,在实验室实际实践项目,和导师讨论,解决难题,提出改善意见,实验新的方法,分享自己的新项目。

(四)特色实践探索领域

OI Lab提供特色实践探索领域,让学生能把在课程上学到的知识,依托实验室的工具和开源项目实际应用起来,解决实际的问题。

1.人工智能

OI Lab 的合作伙伴创客大爆炸开发的CNK 课程:Curie Neuron系列工具,让每个人都能通过训练,让日常物品完成各种各样有趣的任务,比如教幼儿如何有效地清洁牙齿、监控宠物狗或其他宠物的健康状况等。

2.生化科技

个人生物技术的时代已经到来,生物产业带来的革命刚刚开始,追寻的过程充满了机会和挑战,工程师们已逐渐将生物学向设计学科转移。学员利用Fab Lab实验室、创客空间或其他共享的机器加工车间建立自己的生物工厂,了解如何利用自己制造的开源硬件设计、培养和提取生物材料。通过在空间里的设备材料,无论是新型生物墨水、生物聚合物或生物燃料,学员自己也能实践动手做出来,并同他人分享成果。通过学习相关的生物课程,没有生物相关背景的学员也能够变身成为生物创客,培养种植各种生物材料,通过各种平台和渠道向公众开放共享,最大程度上共享开源生物技术社群的成果。

3.太空创客

太空探索是下一个全球创客关注的领域。深圳是全球创客之都,加上完善的产业链,太空创客有望成为创客新的一级,同时伴随着技术进步和创客的加入,我国将开启个人卫星时代。在国外,通过创客运动,越来越多的个体参与发展太空项目;在我国,越来越多的民间团体成立卫星公司,协助个人设计和发射卫星。

2015年全国大众创业万众创新活动周宇航创客及太空探索专题研讨会上,北京九天微星科技发展有限公司和深圳开放创新实验室在深圳联合发起成立“太空创客联盟”。太空创客联盟的成立,代表了近二十年来中国宇航产业从国家战略走向民间的发展路径。太空创客联盟将会对小学至大学阶段的学生科普太空知识,让在校学生了解卫星的相关背景知识、设计、发射等原理。同时,联盟还将专注于打造太空创客空间的相关配套体系,鼓励更多人参与这个领域。

4.水下机器人

机器人技术是集运动学与动力学理论、机械设计与制造技术、计算机硬件与软件技术、控制理论、电动伺服随动技术、传感器技术、人工智能理论等科学技术为一体的综合技术。其研究与开发标志着一个国家科学技术的发展水平,而其在各种机械领域的普及应用,则显示了经济和科技发展的实力。世界上许多国家为了推进本国的机器人开发事业,打入竞争日益激烈的国际高科技市场,不惜投入巨大的人力、财力来推动机器人技术的发展,开发出许多类型的机器人。机器人的应用领域也逐渐从人工环境扩展到水下和宇宙。随着人口数量的增长和科学技术水平的不断提高,人类已把海洋作为生存和发展的新领域,海洋的开发与利用已经成为决定一个国家兴衰的基本因素之一,从而使水下机器人具有更加广阔的应用前景。

5.开源村

过去几年创客和Fab Lab引导的开源硬件,如何在自己动手、自己设计、自主部署的环境下,创造出更符合环保、更符合个人的需求的生活环境,智能而自然的居住,未来依然是一个很热门的话题。通过在农村部署Fab Lab的方式,将全世界的创意直接透过互联网传送;透过数字制造的设备直接制作,和当地农民合作的方式直接部署,将全世界的开源生活创作实际带到生活里面。

(五)设计思维

设计思维,是指在设计和规划领域,对定义不清的问题进行调查、获取多种资讯、分析各种因素,并设定解决方案的方法与处理过程。作为一种思维方式,它被普遍认为具有综合处理能力的性质,能够理解问题产生的背景、能够催生洞察力及解决方法,并能够理性地分析和找出最合适的解决方案。第一步:Empathize(“移情”,意思是要有同情心、同理心,去当一次客户,体会客户有些什么问题,社会化的思考在此最有体现)。第二步:Define(下定义)。在了解客户之后,要做的事情是写出一个Problem Statement 来阐述一个Point of View(POV)。第三步:Ideate(“设想”,其实就是做头脑风暴,思考尽可能多的解决方案,思考自己项目可能涉及到的人,然后再简化为一个具体的方法)。第四步:Prototype(“原型”,用最短的时间和花销来做出解决方案)。第五步:Tes(t 测试产品原型)。

OI Lab项目课程以设计思维为学习方法论,指导学员在创客实验室里可以快速制造任何产品和工具,并测试产品原型,加速迭代,最终完成创造性的产品制作实践。SZOIL 孵化的创客实验室指导创客或用户从小批量生产开始直到大批量生产出货,致力于发展、挖掘全球创客项目及产品,研发解决方案来连接大规模生产生态系统和服务于小型硬件创业者,进一步推进我国特别是深圳在数字智能硬件的开发和生产制造的国际地位,结合新的开源方式,以及深圳现有的敏捷制造系统,将深圳打造成为未来智能硬件的硅谷。

三、结语

综上所述,SZOIL 已经探索出创客实验室在学校内不应该是开设独立的单一课程,如3D 打印、激光切割等,而要坚持整体OI Lab 课程体系和各单一课程的有机融合,支持不同学科,如中小学的物理、生物、化学、数学等基础学科,和OI Lab 课程体系涵盖的课程,遵循教育教学规律,从理论到实践,进行有机结合,让中小学的基础学科教师通过广大的全球开源项目平台以及社区,获得更丰富的教学资源,把项目任务发布给学生,学生从做中学。通过创客实验室课程和学校的基础课程学习需要实践项目的技术,在创客实验室实际实践项目,和创客实验室导师或学校教师讨论,解决难题,提出改善意见,实验新的方法,分享自己的新项目。只有这样,才能真正培养复合型创新人才,办好让人民满意的创客教育。

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